火山岩相分析

四、火山岩相(facies)分析岩相、相序是火山地质学研究的核心内容，是建立火山地层格架、恢复火山构造面貌、推演火山喷发过程和演化历史的依据。岩相类型的划分，许多学者都做过论述，划分的方案较多；岩相划分的原则:1、火山喷发的基本形式（爆发、溢流、侵出或侵入等）2、火山喷发及火山喷发物定位环境（陆地、海洋）3、火山爆发机制与火山产物的搬运方式、堆积机理（空落、火山碎屑流、火山碎屑涌流、火山泥石流、近源崩落堆积等）4、火山岩浆在地下一定深度（0.5-3km）侵位及侵位机制（潜火山岩、隐爆角砾岩、火山-侵入岩等）5、在火山机构中的特定位置（火山颈、火山口、近源、远源）形成方式（机制）、堆积定位环境1、爆发相A、近源崩落相(爆发与崩塌)火山渣降落堆积(scoriafall)B、空落相浮岩降落堆积(pumicefall)火山灰降落堆积(ashfall)块灰流（blockandash-flow）C、火山碎屑流相渣状流（scoriaflow）（pyroclastic浮岩流（pumiceflow(ashflow）flow)orignimbrite）岩相类型灰云涌流ash-cloudsurgeD、火山碎屑涌流地涌流（groundsurge）surge基底涌流（basesurge）E、溅落堆积2、溢流相3、沸溢-侵出相4、侵出相5、火山通道相(火山颈、岩管)6、潜火山岩相（subvolcanicrocks）（subwaysubmarine）7、火山-侵入相8、火山喷发-沉积相a湖盆沉积相b破火口湖沉积相9、火山泥流相（lahar）10、熔积岩相（peperite）火山剥蚀程度未剥蚀或浅剥蚀（火山口、火山锥等保存完好）中浅剥蚀（火山口、火山锥基本剥蚀怠尽，火山颈已剥出，但岩相类型基本齐全）中深剥蚀（潜火山岩多被剥出，岩相类型不全，火山面貌不清）深剥蚀（火山根部岩体大量裸露，堆积物岩相单一）爆发相——爆破式火山作用是一种由爆炸产生的强烈火山作用，火山产物主要为火山碎屑物；爆破的方式主要有：岩浆爆发射汽爆发射汽-岩浆爆发淬火或淬碎作用、流动自碎等不属爆破作用火山爆发初始阶段动力学过程示意图岩浆爆发77%（vol%）出溶面碎屑化面uvv物相物性液液汽汽固固固固固液液（塑）气气空气塑（液）喷发柱2431狭窄火山通道布里尼喷发柱结构分区与空降堆积示意图扩散区对流区气冲区大气密度混合相密度扩散正浮力密度增大HbHtHmB浮力最终高度Ｈ高度ｍ动量能喷发柱的高度与质量释放率的四次方根成正比（h=236.6m1/4）质量释放率-单位时间内喷发量，m单位kg/s扩散区对流区气冲区岩浆囊出溶面碎屑化面气泡首次出现挥发份饱和的深度气体从液体岩浆中的气泡释放出来，成为多相流中的连续相层流湍流喷发开始时的动量控制浮力控制水平扩散从火山喷发的动力过程中获得模拟的初始参数火山碎屑流结构示意图细火山灰形成的稀薄火山灰区（脱离火山碎屑流）•浮岩分凝带＋碎屑顶部２Ｃ层层２堆积带（碎屑流主体）浮石岩屑细粒灰晶屑•底层堆积带groundlayerdeposited前缘高度汽化的湍流喷射物堆积方式Layer2groundlayerjetteddepositedlayer1WeakerfluidizationStrongfluidizationexplosiveejectionofmaterialWeakornofluidizationstrongfluidization地浪形成示意图碎屑流堆积结构示意图火山碎屑流堆积相模式J3b1石英粗面质熔结凝灰岩（核桃坝）浮岩流的温度：直接测量；如日本的Kamagatake1929，390c（12天后，Me.st.Helens，1981，300-750c，近火口750-850c）；实验:新墨西哥州UpperBandelieignimbrite，550-800c；利用古地磁热剩磁求知Me.st.Helens,1981,550-600c；利用炭化木推测，Vesuvius，400c阿拉斯加万烟谷浮岩流堆积七年后还可达645c谷塘型（valleypond）堆积熔结凝灰岩J3m柱状节理（大北沟）浮岩流基本特点规模:体积一般100-1000km3,大者3000km3组分：玻屑、浮岩、晶屑和岩屑，以含大量浮岩、玻屑为特征原生构造之间有较明显的分界：大多不具层理，但在一个流动单元内具双粒序层理，流动单元发育气体分凝管构造晶屑和岩屑富集(取样应注意)浮岩流的温度：直接测量；如日本的Kamagatake1929，390c（12天后，Me.st.Helens,1981,300-750c,近火口750-850c;）实验:新墨西哥州UpperBandelieignimbrite,550-800c;利用古地磁热剩磁求知Me.st.Helens,1981,550-600c；利用炭化木推测，Vesuvius，400c阿拉斯加万烟谷浮岩流堆积七年后还可达645c流动单元、冷却单元和喷发单元破火山的主要堆积物成熟岛弧与活动大陆边缘火山碎屑涌流(浪)堆积(surgedeposits)灰云涌流ash-cloudsurge1、火山碎屑涌流地涌流（groundsurge）基底涌流（basesurge）2、堆积物3、产状4、堆积厚度5、堆积构造6、火山机构类型——maar式火山沉积物-sediment火山碎屑涌流的搬运受湍流中气体相支撑的控制（直接观察）极发育的层理构造反映只能是由分粒的牵引式搬运（不是块流）可用河流搬运中流态（费劳德数F）的概念来理解，高流态（upperflowregimeF1）形成平行层理、反沙丘；低流态（lowerflowregimeF1）形成波痕、沙丘等涌流——牵引流干热流体湿冷流体相对搬运与堆积速率稳定层形水的沸点渐进式层型后退式层形火口（双池岭）低平火山——Maar堆积序列和堆积构造平行层理板状交错层理、丘状交错层理爬升构造冲蚀槽、层理下陷构造气孔、气囊增生火山砾龙泉龙湾02P2剖面处火口沿内侧堆积（杨花）大龙湾基浪堆积Maar远缘Maar增生火山砾火山碎屑涌流鉴别岩浆爆发(groundsurge、ash-cloudsurge)干涌流：与浮岩流相伴生，单层薄，分选好，常具交错层理（渐进式）、波状、平行层理、砂丘等构造。ash-cloudsurge细火山灰，groundsurge粗粒和刚性碎屑较多，分别位于喷发单元的上、下部。厚度一般不大（1m左右）。组成岩石主要为层凝灰岩射汽-岩浆爆发、射汽爆发（basesurge）湿涌流：可单独存在，形成特征的Maar式火山。纹层理极发育，可具对称的粒序，交错层理（后退式）、波痕、冲槽、冲坑构造、塑性变形、层理下陷构造和U型槽单元层：底粗，中堆积构造发育，顶部很细、层薄，远端发育增生火山砾气孔、杏仁构造：在水盆地中多位于熔岩的下部，宏观上酷似沉凝灰岩涌流堆积与碎屑流堆积区别Pryclasticflowsurge流体浓度高稀薄流体高密度层流低密度湍流分选差、块状、分选较好双粒序层平行层理、斜层理气体分凝管气孔、杏仁堆积体积大堆积体积小沸溢-侵出相是介于和缓的溢流和强烈爆发之间的火山作用产物。岩石特征上即不同于溢流作用形成的熔岩，也有别于火山碎屑流堆积的熔结火山碎屑岩称之为泡沫熔岩（frothlava）•沸溢—侵出相火山岩岩石与岩相—岩性岩相特征•沸溢—侵出相J3b3侵出相泡沫熔岩地貌（牛心山）J3b3流纹质泡沫熔岩（牛心山）J3b3流纹质泡沫熔岩（牛心山）泡沫熔岩柱状节理特殊性柱状节理（泡子沿）火山灰年代学凝灰岩细砂岩喷发-沉积相火山喷发降落在水体中,或火山喷发物经剥蚀、搬运到水盆地中沉积形成的火山沉积岩；据水动力条件和水体环境分为：洪积、冰川-冰水沉积；火口和破火口湖沉积；火山洼地和火山地堑沉积；正常湖盆、海盆沉积；J3b2砂岩层(水泉村）J3b砂泥岩米级旋回（泡子沿）火山灰年代学凝灰岩细砂岩熔积岩(peperite)•Scrope(1858):Originally,peperitewasfirstintroducedasadescriptivetermforspotty,pepperandsalt-liketexturedbasalticbrecciaswithacarbonateclasticmatrix,resultingfromfalloutofbasalticpyroclastscontemporaneoustocarbonatesedimentation;•Whiteetal.(2000)definedthegeneticuseoftheterm‘peperite’asagenetictermappliedtoarockformedessentiallyinsitubydisintegrationofmagmaintrudingandminglingwithunconsolidatedorpoorlyconsolidated,typicallywetsediments.熔积岩(Peperite)概念Hooten,Ort（2002）:peperiteisavolcaniclasticrockformedbytheinterminglingofmagmaandwetsediment,andcontainsquenchedigneousfragments,ordomains,mingledwithhostsediment．Jerram,Stollhofen（2002）:Peperiteisdescribedarocktexturethathasformedessentiallybyinsitudisintegrationofjuvenilemagmaintrudingandminglingwithunconsolidatedorpoorlyconsolidatedsediments.是火山碎屑岩的一种特殊类型，由熔浆和未固结的湿沉积物两种组分掺混而成，具特征的碎屑结构。分布在熔岩流底部、前缘与下伏未固结的湿沉积物接触带以及超浅成侵入体与未固结的湿沉积物的接触部位。形成熔积岩的岩浆从玄武质到流纹质均有，熔岩碎屑为玻璃质、隐晶质或斑状结构。沉积物的结构多种多样，在粒度和成分上变化范围广。据岩浆碎屑的形态特征可分为两种类型，即流状和块状熔积岩。前者由熔浆碎屑和细粒沉积物组成，岩浆碎屑以透镜状、舌状、水滴状、撕裂状等为特征，大小不一，具明显的塑变特征。后者熔浆碎屑以块状、角砾状为特征，与其混合的沉积物以中粗粒砂为主。熔积岩的形成环境与水盆地密切相关，产出的方式多样。当岩浆侵入未固结的湿沉积物时，形成岩床或不规则侵入体边缘熔积岩，当岩浆溢出地表注入水盆地时，形成的熔积岩则位于熔岩流底部或前缘熔积岩的形成主要受炽热熔浆与未固结的湿沉积物接触时引起的淬碎或蒸气爆炸作用以及寄主沉积物流体化作用控制，寄主沉积物(hostsedimentsurrounding)未固结的特性及其孔隙水的存在对岩浆与其接触后的相互作用过程具有重要意义。孔隙流体被加热膨胀，可使稳定的湿沉积物流体化，成为弥雾状流体活动，如果孔隙水迅速转化为蒸汽，则膨胀发生蒸汽爆炸。流体化或蒸汽爆炸都可裂解熔浆与湿沉积物接触带及其周围沉积物的粘合性，以致引起熔浆碎屑与湿沉积物迅速不规则混合，并使沉积物层理破坏或扰乱扭曲，同样，熔浆也可以由与湿沉积物接触而发生淬碎作用而碎裂野外实际资料表明，流状熔积岩与细粒（粉砂级）沉积岩相伴生，而块状熔积岩则和粗粒沉积组分共生，这种差异与寄主沉积物的特性有关。流状熔积岩中的透镜状、舌状等岩浆碎屑可能是由岩浆和湿沉积物接触面上富存的水蒸汽薄膜而引起的，水蒸汽薄膜将岩浆与湿沉积物隔开，二者不能直接接触，从而抑制了岩浆淬碎作用或蒸汽爆炸作用的发生，并使蒸汽薄膜附近的沉积物沿接触带发生侧向运移，最终使湿沉积物与岩浆碎屑发生混合，因为分选好的细粒疏松粉砂质堆积物在热薄膜水的作用下更易流体化，所以多形成流状熔积岩。块状熔积岩常与粗粒级沉积物伴生，因为粗粒级寄主沉积物有较大的渗透率会阻止蒸汽薄